Metabolismo dos Aminoácidos
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BIOQUÍMICA Ensino teórico - 1º ano Mestrado Integrado em Medicina 2010/2011 23ª aula teórica Metabolismo dos aminoácidos - Ciclo da ureia 14-dez-10 Objectivos: Analisar o metabolismo dos aminoácidos: 1. Explicar o papel das reacções de transaminação e desaminação oxidativa no metabolismo dos aminoácidos 2. Analisar o ciclo da ureia 3. Explicar os mecanismos de regulação do ciclo da ureia 4. Analisar a interrelação do ciclo da ureia com o ciclo de Krebs e a neoglicogénese 1 Aminoácidos essenciais e não-essenciais * * AA essencial nas crianças Metabolismo de compostos azotados Aminoácidos Proteínas Ácidos nucleicos Lípidos é diferente Hidratos de carbono Inexistência de reservas de compostos azotados Elevado turnover molecular 2 Metabolismo dos Aminoácidos 1. Libertação de AA durante síntese/degradação de proteínas (se não necessários para a sua estrutura) 2. Dieta muito rica em proteínas/AA (AA em excesso) 3. Durante fome prolongada ou Diabetes mellitus (HC não disponíveis/não utilizáveis) 3 Hidrólise enzimática dos aminoácidos Antes de entrarem nas vias catabólicas Proteínas hidrolizadas AA 1º Estômago - pH 1.0-1.5 Pepsina (cliva lig. pep. em que a f. amina AA aromático ou AA acídico) 2º Intest. delgado - pH 7.0-8.0 Enzimas Proteolíticas pancreáticas (tripsina, quimotripsina, elastase, carboxipeptidase A e B) Leucina-Aminopeptidase Hidrólise enzimática dos aminoácidos Tripsinogénio Enteropeptidase T Tripsina (T) Quimotripsinogénio T Proelastase π-Quimotripsina T Procarboxipeptidase Elastase π T Quimotripsina Carboxipeptidase 4 Absorção e transporte dos aminoácidos Mecanismo de absorção de aminoácidos e pequenos peptídeos no intestino delgado – Co-transporte AA/Na+ Absorção e transporte dos aminoácidos Mecanismo de absorção de aminoácidos e pequenos peptídeos no intestino delgado, rim e SNC Ciclo do γ-Glutamil (Ciclo de Meister) Tra translocase 5 Degradação proteíca - proteínas intracelulares (requer ATP) Ubiquitina (Ub): citoplasma degradação de proteínas lesadas Ub Ub Ub Ub Ub Ub Proteína Alvo Proteassoma Ub Ub Ub Aminoácidos Via da ubiquitina/proteassoma E1 - ubiquitin-activating enzyme E2 - ubiquitin-conjugating enzyme E3 - ubiquitin-protein ligase 6 Sistemas de degradação proteíca Martinez-Vicente and Cuervo, The Lancet, 2007 Manutenção do pool de aminoácidos Marks DB, Marks AD, Smith CM, 1996 (Basic Medical Biochemistry, a clinical approach) 7 Degradação oxidativa dos aminoácidos No Homem, as proteínas da dieta Fonte de AA Os AA são usados Síntese novas proteínas Síntese de outras moléculas Ex. Heme Quando em excesso Usados como fonte de W (10-15%) - Grupo amino removido Ciclo da ureia - Esqueleto carbonado Intermediários do ciclo de Krebs ou seus precursores; Acetil CoA Neoglicogénese Sintese AG/C.Cet Degradação dos aminoácidos Os esqueletos hidrocarbonados dos 20 a.a. que constituem as proteínas produzem 7 produtos de degradação diferentes. Glicogénicos Gliconeogénese Cetogénicos •Lisina, leucina α-cetoglutarato; succinil-CoA; fumarato; oxaloacetato; piruvato NÃO PODEM SER CONVERTIDOS EM GLUCOSE •AcCoA •Acetoacetato Glicogénicos + Cetogénicos - Síntese de corpos cetónicos - Lípidos (ácidos gordos TG) - Isoprenóides colesterol •Fenilalanina •Triptofano •Tirosina •Isoleucina •Treonina AA aromáticos 8 Destino dos esqueletos carbonados Threonine Tyrosine Threonine Catabolismo dos Aminoácidos (35-200g/d) (70-100 g/dia) 20-25% (mas até 90%) do aporte energético provém do catabolismo proteíco 9 CATABOLISMO DE COMPOSTOS AZOTADOS - Aminoácidos Metabolização do esqueleto carbonado AA cetogénicos Acetil-CoA Acetoacetil-CoA ácidos gordos corpos cetónicos AA glicogénicos Piruvato Oxaloacetato α-Cetoglutarato Fumarato Succinil-CoA neoglicogénese Remoção do grupo -NH2 - Transaminação (transaminases) - Desaminação oxidativa (desidrogenases) -NH2 → NH4+ Ciclo da ureia 1º - Transaminação envolvendo o glutamato: principal modo de remoção de grupos α-NH2 PLP Aminotransferases Alanina - TGP Aspartato - TGO PLP – grupo prostético das aminotransferases Alanina transaminase (TGP): α-Cetoglutarato + L-Alanina ↔ L-Glutamato + Piruvato Aspartato transaminase (TGO): α-Cetoglutarato + L-Aspartato ↔ L-Glutamato + Oxaloacetato 10 2º Desaminação oxidativa do glutamato Para libertação de NH2 no fígado Glutamato desidrogenase Excesso Biossíntese Figado Rim NH4+ Ciclo da Ureia Anabolismo Catabolismo Regulação da actividade da glutamato desidrogenase 11 Os grupos α-amina de todos os aminoácidos, excepto Lisina, Arginina e Treonina podem ser removidos por transaminases Transaminase (vit B6) TGO TGP Aspartato Alanina OOA Piruvato GDH (NAD+) O FÍGADO centraliza o metabolismo de AA, tendo o glutamato um papel central nos processos de transaminação, com eliminação de NH4+ por formação de ureia. O transporte de amónia para o fígado faz-se predominantemente pela glutamina e pela alanina, no caso particular do músculo. 12 Transporte de NH2 para o fígado: Papel da alanina Transporte de -NH2 para o fígado: Papel da glutamina na destoxificação da amónia Proteólise muscular Papel da glutamina 13 NH4+ + HCO3- + 3 ATP + 2 H2O + Aspartato ⇓ Ureia + 2 ADP + AMP + 2 Pi+ PPi + Fumarato Ciclo da ureia Carbamoil fosfato sintetase I Ornitina transcarbomoilase Arginase Arginino succinato sintetase Ciclo Krebs Arginino succinase Ciclo Krebs Ciclo da ureia Formação do carbamoil-fosfato e da citrulina (Matriz mitocondrial) CPS-I = Carbamoil-P-sintetase I 14 N-Acetil glutamato - regulador alostérico da CPS-I Regulador alostérico (CPS-I) Ciclo da ureia (Citosol) 15 Remoção hepática de azoto pelo ciclo da ureia 1 Ornitina transcarbamoilase 2 Arginino succinato sintetase 3 Arginino succinase 4 Arginase NH4+ + HCO3- + 3ATP + 2H2O + Aspartato ⇓ Ureia + 2ADP + AMP + 2Pi + PPi + Fumarato Deficiências hereditárias do ciclo da ureia Arginase Hiperargininémia Argininosuccinase Acidémia arginino-succínica Urina Citrulinémia Argininosuccinato sintetase Hiperamoninémia tipo II Ornitina transcarbamoilase Ácido orótico Pirimidinas Hiperamoninémia tipo I Carbamoil-fosfato sintetase I 16 Carbamoyl-P Relação do ciclo da ureia com o TCA e a Neoglicogénese Ureia Fumarase Malato desidrogenase Neoglicogénese (Carbamoil(Carbamoil-P sintetase I) CO2 + NH4+ 17 A amónia livre é tóxica: Causa decréscimo de ATP e alteração dos neurotransmissores (cérebro) Neurotoxicity Associated with Ammonia: Earlier it was noted that ammonia was neurotoxic. Marked brain damage is seen in cases of failure to make urea via the urea cycle or to eliminate urea through the kidneys. The result of either of these events is a buildup of circulating levels of ammonium ion. Aside from its effect on blood pH, ammonia readily traverses the brain blood barrier and in the brain is converted to glutamate via glutamate dehydrogenase, depleting the brain of alfa-ketoglutarate. As the alfa-ketoglutarate is depleted, oxaloacetate falls correspondingly, and ultimately TCA cycle activity comes to a halt. In the absence of aerobic oxidative phosphorylation and TCA cycle activity, irreparable cell damage and neural cell death ensue. Michael W. King, Ph.D / Medical Biochemistry / Terre Haute Center for Medical Education http://dwb.unl.edu/Teacher/NSF/C11/C11Links/web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html#neurotox 18
